JP5303141B2 - Method of laser drilling a component made of a ceramic matrix composite, a hole obtained by the method, a component made of a ceramic matrix composite containing the hole, and a turbojet comprising such a component - Google Patents
Method of laser drilling a component made of a ceramic matrix composite, a hole obtained by the method, a component made of a ceramic matrix composite containing the hole, and a turbojet comprising such a component Download PDFInfo
- Publication number
- JP5303141B2 JP5303141B2 JP2007305424A JP2007305424A JP5303141B2 JP 5303141 B2 JP5303141 B2 JP 5303141B2 JP 2007305424 A JP2007305424 A JP 2007305424A JP 2007305424 A JP2007305424 A JP 2007305424A JP 5303141 B2 JP5303141 B2 JP 5303141B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hole
- laser beam
- component
- diameter
- holes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 55
- 239000011153 ceramic matrix composite Substances 0.000 title claims description 32
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims description 18
- 238000009527 percussion Methods 0.000 claims description 13
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 241000237858 Gastropoda Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920006184 cellulose methylcellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 238000012710 chemistry, manufacturing and control Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/16—Removal of by-products, e.g. particles or vapours produced during treatment of a workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
- B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
- B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
- B23K26/389—Removing material by boring or cutting by boring of fluid openings, e.g. nozzles, jets
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
本発明は、セラミックマトリックス複合材料製の構成部品に、レーザ穿孔方法によって孔を生成する技術分野に関する。本発明は、また本方法によって得られた孔に関し、また例えばタービンブレードまたは燃焼室壁などの、本方法によって得られた孔を有するセラミックマトリックス複合材料製の構成部品にも関する。最後に、本発明は、このような構成部品を備えるターボジェットに関する。 The present invention relates to the technical field of generating holes in a ceramic matrix composite component by a laser drilling method. The invention also relates to the holes obtained by the method and also to a component made of a ceramic matrix composite having holes obtained by the method, such as turbine blades or combustion chamber walls. Finally, the present invention relates to a turbojet comprising such components.
レーザ穿孔技術を使用して、構成部品に孔を生成すること、特にタービンブレードなどの、または燃焼室壁あるいは支持シェルなどの、ターボジェットの高温部品のための構成部品に冷却孔を穿孔することが知られている。 Using laser drilling techniques to create holes in the components, especially drilling cooling holes in components for high-temperature parts of the turbojet, such as turbine blades or combustion chamber walls or support shells It has been known.
知られているように、レーザ穿孔技術は、２種類の動作、即ちパーカッションとトレパニングを使用する。 As is known, laser drilling techniques use two types of motion: percussion and trepanning.
パーカッション動作は、固定されたレーザビームをパルスモードで使用して、材料の厚みを貫通することからなる。これによって、レーザビームの直径とレーザ源のパワーレベルとによって決定された直径の孔が得られる。 Percussion operation consists of penetrating the thickness of the material using a fixed laser beam in pulse mode. This results in a hole having a diameter determined by the diameter of the laser beam and the power level of the laser source.
トレパニング動作は、円形経路にわたってレーザビームを動かすことによって、孔の輪郭を切断することからなる。これによって、レーザビームの直径よりも大きな直径の孔が得られる。 The trepanning operation consists of cutting the contour of the hole by moving the laser beam over a circular path. This provides a hole with a diameter larger than the diameter of the laser beam.
また、これら２種類の動作を組み合わせて、パーカッション動作で穿孔を開始して、使用したレーザビームの直径と略等しい直径の第１の孔を生成し、次いでこの第１の孔のまわりにトレパニング動作を実施し、穿孔した材料の断面積を拡大して、使用したレーザビームの直径よりも大きな直径の第２の孔を生成することも知られている。 Also, by combining these two types of operations, drilling is started by percussion operation to generate a first hole having a diameter approximately equal to the diameter of the laser beam used, and then a trepanning operation around the first hole. And expanding the cross-sectional area of the drilled material to produce a second hole with a diameter larger than the diameter of the laser beam used.
当業者は、トレパニング動作を使用して孔を生成するとき、技術的問題に直面している。これは、得られた孔が、一般的に孔の壁および／または孔の出口にスラグを有することによる。このようなスラグの存在は、孔の幾何形状が保証されないという欠点を有する。言い換えれば、このトレパニング動作によって得られた孔の直径の繰り返し精度を確実に保証することは可能ではない。したがって、このように得られた孔を通過する空気流を確実に保証することができず、このことは、孔が、構成部品を冷却するための孔である場合、不利益となる。 Those skilled in the art face technical problems when generating holes using trepanning operations. This is because the resulting holes generally have slugs at the hole walls and / or at the outlets of the holes. The presence of such slag has the disadvantage that the hole geometry is not guaranteed. In other words, it is not possible to reliably ensure the repeatability of the hole diameter obtained by this trepanning operation. Thus, the air flow passing through the holes thus obtained cannot be reliably ensured, which is disadvantageous if the holes are holes for cooling the component.
米国特許第５８３７９６４号明細書は、パーカッション動作とトレパニング動作を実施する、超合金製の構成部品をレーザ穿孔する方法を記載する。トレパニング動作中に得られた孔にスラグが存在した場合、パーカッション動作、および次いで、所定の直径を有しかつ超合金の穿孔された厚みの中に均一に延びる孔が得られるまで充分な回数のトレパニング動作を繰り返すことが提案されている。 U.S. Pat. No. 5,837,964 describes a method of laser drilling a superalloy component which performs percussion and trepanning operations. If slag is present in the holes obtained during the trepanning operation, the percussion operation and then a sufficient number of times until a hole having a predetermined diameter and extending uniformly in the drilled thickness of the superalloy is obtained. It has been proposed to repeat the trepanning operation.
最近の傾向として、耐火性金属合金製よりもセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）製の構成部品が製造されている。ＣＭＣは、金属材料よりも軽量であるという利点を有する。ＣＭＣは、熱構造性材料である。即ちこれらは、良好な機械特性と、これらの機械特性を高温度で維持する能力とを有する。これらの材料は、繊維強化材を含み、繊維強化材は、耐火性繊維（一般に炭素繊維またはセラミック繊維）から形成され、かつセラミックマトリックスによってまたは炭素／セラミックハイブリッドマトリックスによって高密度化される。 A recent trend is to produce components made of ceramic matrix composite (CMC) rather than refractory metal alloys. CMC has the advantage of being lighter than metal materials. CMC is a thermostructural material. That is, they have good mechanical properties and the ability to maintain these mechanical properties at high temperatures. These materials include fiber reinforcements, which are formed from refractory fibers (generally carbon fibers or ceramic fibers) and densified by a ceramic matrix or by a carbon / ceramic hybrid matrix.
ＣＭＣを使用して、ターボジェットの高温部品のための構成部品を製造するとき、耐火性金属合金から製造される構成部品と同じように、冷却空気が通過する孔を製造する必要がある。 When using CMC to manufacture components for high-temperature parts of turbojets, it is necessary to manufacture holes through which cooling air passes, similar to components manufactured from refractory metal alloys.
レーザ穿孔は、ＣＭＣに適用されると、これらの材料の内部構造をむき出しにするという欠点を有する。この場合、周囲の酸素がこの内部構造に到達し、ＣＭＣの表面を酸化するという危険が生じる。この欠点は、「自己回復作用」ＣＭＣと呼ばれるもの、即ち、材料の使用温度で、周囲の酸素を遮断するのに充分に流動性である粘性状態へと移行することが可能なＣＭＣを使用することによって克服されてきた。保護層、例えばＳｉＣ／Ｓｉ−Ｂ−Ｃ製などの保護層が製造されている。 Laser drilling, when applied to CMC, has the disadvantage of exposing the internal structure of these materials. In this case, there is a risk that surrounding oxygen reaches this internal structure and oxidizes the surface of the CMC. This drawback uses what is referred to as “self-healing” CMC, ie, a CMC that can transition to a viscous state that is fluid enough to block ambient oxygen at the material's operating temperature. Has been overcome. A protective layer, for example, a protective layer made of SiC / Si—B—C or the like is manufactured.
米国特許第５８３７９６４号明細書で使用しているレーザ穿孔方法は、ＣＭＣを穿孔するのに使用することが、ＣＭＣが自己回復作用ＣＭＣであってもできない。これは、パーカッション動作とトレパニング動作を繰り返すと、ＣＭＣを実質的に加熱することになり、層剥離によってこれを劣化させることになるからである。 The laser drilling method used in US Pat. No. 5,837,964 cannot be used to drill CMC, even if the CMC is a self-healing CMC. This is because if the percussion operation and the trepanning operation are repeated, the CMC is substantially heated and deteriorated by delamination.
米国特許第６４４１３４１号明細書は、ＣＭＣ製の高温ターボジェットセクションのための構成部品に孔を穿孔する方法を開示し、ＣＭＣは、少なくとも１つの易酸化性の構成成分を有する。方法は、レーザ穿孔によってこれらの孔を生成すると同時に、マトリックスの構成材料を酸化してシリカを形成するように、マトリックスの構成材料を加熱することからなる。このシリカは、それを加熱して融解させる適切な温度に曝される。次いでシリカは、孔内に流入する前に急速に凝結される。この制御されたシリカの急速な凝結は、滑らかな、スラグの無い壁を備えた孔を得ること、またターボジェット動作中の将来の酸化を防止する酸化障壁を作り出すことを可能にする。このレーザ穿孔方法は、スラグを生じないという利点を有するが、少なくとも１つの易酸化性の構成成分を有するＣＭＣに限定されるという欠点を有する。 U.S. Pat. No. 6,441,341 discloses a method of drilling holes in a component for a high temperature turbojet section made of CMC, the CMC having at least one oxidizable component. The method consists of heating the matrix constituent material such that these holes are generated by laser drilling and at the same time the matrix constituent material is oxidized to form silica. The silica is exposed to a suitable temperature that heats and melts it. The silica is then rapidly condensed before flowing into the pores. This controlled rapid condensation of silica makes it possible to obtain pores with smooth, slag-free walls and to create an oxidation barrier that prevents future oxidation during turbojet operation. This laser drilling method has the advantage of not producing slag, but has the disadvantage of being limited to CMC having at least one oxidizable component.
欧州特許第０８２６４５７号明細書は、超合金製の基体と、連結層と、セラミック被覆の形態の熱障壁とを有するタービンブレードに、レーザ穿孔する方法を開示している。第１の孔が、レーザビームを構成部品の表面上に集束させることによるパーカッションモードで穿孔される。次いでレーザビームが、第２の孔をパルス化されたパーカッションモードで穿孔するように、構成部品から離れて移動されることによって再度集束される。この第２の孔は、第１の孔と同軸であり、第１の孔よりも大きな直径を有し、より浅い深さしかない。より小さな直径の第１の孔が存在することによって、第２の孔が穿孔される間に、融解された材料が除去されることを可能にする。この文献に記述される方法は、全体がＣＭＣ製である構成部品を穿孔するのに適していない。
本発明の目的は、上述の欠点を解消することである。本発明は、特にターボジェトの高温部品のためのＣＭＣ（セラミックマトリックス複合材料）の構成部品にレーザ穿孔する方法であって、パーカッション動作と、トレパニング動作と、このトレパニング動作中に生じたスラグを除去する動作とを含む方法を提案する。 The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks. The present invention is a method of laser drilling a CMC (ceramic matrix composite) component, particularly for high-temperature parts of turbojets, which removes percussion operations, trepanning operations, and slag generated during the trepanning operations. A method including actions is proposed.
第１の態様によると、本発明は、セラミックマトリックス複合材料製の構成部品に、レーザビームによって孔を穿孔する方法に関し、方法は、
初期直径および孔軸を有する初期孔が、穿孔する構成部品の厚みにレーザビームを集束させることによって穿孔される、第１のパーカッション動作と、
初期孔と同軸でありかつ初期孔の直径よりも大きな直径を有する中間孔が、レーザビームをシフトし、次いでレーザビームを孔軸のまわりで回転させることによって穿孔される、第２のトレパニング動作と、
レーザビームの焦点が、孔軸に沿って移動され、次いで最終孔を得るようにパルスが起動される、第３の動作とを含む。
According to a first aspect, the present invention relates to a method of drilling holes in a ceramic matrix composite component by means of a laser beam, the method comprising:
A first percussion operation in which an initial hole having an initial diameter and a hole axis is drilled by focusing the laser beam on the thickness of the component to be drilled;
A second trepanning operation in which an intermediate hole coaxial with the initial hole and having a diameter larger than the diameter of the initial hole is drilled by shifting the laser beam and then rotating the laser beam about the hole axis; ,
A third operation in which the focal point of the laser beam is moved along the hole axis and then a pulse is activated to obtain the final hole.
実施の一方法によると、レーザビームの焦点は、第１および第２の動作中にレーザビームの焦点が占める位置から、レーザビームの焦点を離して動かすことによって移動される。 According to one method of implementation, the focus of the laser beam is moved by moving the focus of the laser beam away from the position occupied by the focus of the laser beam during the first and second operations.
実施の他の方法によると、レーザビームの焦点は、第１および第２の動作中にレーザビームの焦点が占める位置に、レーザビームの焦点をより近づけることによって移動される。 According to another method of implementation, the focal point of the laser beam is moved by bringing the focal point of the laser beam closer to the position occupied by the focal point of the laser beam during the first and second operations.
「焦点を外す」という用語は、レーザビームの焦点を孔の軸に沿って移動させる作用を指す。 The term “defocus” refers to the action of moving the focus of the laser beam along the axis of the hole.
これらのレーザパルスによって得られる技術的な効果は、トレパニング動作中に生成されることがあるスラグが、第３の動作中に、孔の軸に沿って焦点の外れたレーザビームから生じるこれらのパルスによって、取り除かれるということである。 The technical effect gained by these laser pulses is that these slags that may be generated during the trepanning operation are generated from the laser beam out of focus along the hole axis during the third operation. Is to be removed.
第２の態様によると、本発明は、第１の態様による方法によって得られるＣＭＣ構成部品の孔に関する。実施の一方法では、孔は、前記構成部品の表面に対して垂直の軸に沿って向けられる。実施の他の方法では、孔は、前記構成部品の表面に対して傾斜した軸に沿って向けられる。 According to a second aspect, the invention relates to a hole in a CMC component obtained by the method according to the first aspect. In one method of implementation, the holes are oriented along an axis perpendicular to the surface of the component. In another method of implementation, the holes are oriented along an axis that is inclined with respect to the surface of the component.
第３の態様によると、本発明は、第１の態様による方法によって得られた少なくとも１つの孔を含むＣＭＣ構成部品に関する。例示的な実施形態において、この構成部品は、燃焼室壁である。他の実施形態によれば、この構成部品は、タービンブレードである。 According to a third aspect, the invention relates to a CMC component comprising at least one hole obtained by the method according to the first aspect. In the exemplary embodiment, this component is a combustion chamber wall. According to another embodiment, the component is a turbine blade.
第４の態様によると、本発明は、第３の態様による少なくとも１つの構成部品を含むターボジェットに関する。 According to a fourth aspect, the invention relates to a turbojet comprising at least one component according to the third aspect.
本発明による方法の１つの利点は、本方法が、易酸化性の構成部品を有さないＣＭＣに適用できるという事実にある。 One advantage of the method according to the invention lies in the fact that the method can be applied to CMCs that do not have oxidizable components.
本発明による方法の他の利点は、幾つかの焦点の外れたパルスが、層剥離によってＣＭＣを劣化させる作用、または熱による他の作用を有さないという事実にある。 Another advantage of the method according to the invention lies in the fact that some defocused pulses do not have the effect of degrading the CMC by delamination or other effects of heat.
指示するものとして与えられ、限定を意味しない、添付図面によって例証する特定の一実施形態についての以下の詳しい説明を読めば、本発明がより明確に理解されよう。 The invention will be more clearly understood from a reading of the following detailed description of one specific embodiment, given by way of indication and not meant as a limitation, illustrated by the accompanying drawings in which:
全ての図面は、ＣＭＣ構成部品の表面部分１０を、またこの部分１０の平面の２つの垂直軸１２、１４も示す。本発明による方法は、２つの軸１２と１４に対して垂直の軸１６に中心合わせされた最終孔を穿孔することである。部品１０、１２、１４、１６は、図１から図５に共通である。
All drawings show the
本発明による方法は、レーザビームを放射するレーザ源が設けられた従来のレーザシステムを使用する。 The method according to the invention uses a conventional laser system provided with a laser source emitting a laser beam.
最初に図１を参照すると、これは、レーザビームを使用して実施されたパーカッション動作によって得られた初期孔２０を示す。レーザビームは、この初期孔２０の直径が、レーザビームの直径と概ね等しくなるように、穿孔される構成部品の厚みに集束される。初期孔２０は、軸１６に中心合わせされる。
Referring initially to FIG. 1, this shows an
図２を参照すると、これは、レーザビームによって実施されたトレパニング動作の第１のステップの後に得られた第１の中間孔２２を示す。レーザビームは、孔の平面に対して概ね垂直な平面で、図２の矢印８０によって表す真っ直ぐな経路に沿って移動された。次いでレーザビームは、目印５０によって識別される位置に至る。第１の中間孔２２は、楕円形の孔であって、その長さは、レーザビームが移動した距離と概ね等しく、その幅は、レーザビームの直径と概ね等しい。
Referring to FIG. 2, this shows the first
図３を参照すると、これは、レーザビームによって実施されたトレパニング動作の第２のステップ中に得られた第２の中間孔２４を示す。レーザビームは、既に述べたものと同じ平面で、図３の矢印８２によって表す円形経路に沿って移動された。このステップでは、移動した経路は、円の一部分に対応する。
Referring to FIG. 3, this shows a second
図４を参照すると、これは、レーザビームによって実施されたトレパニング動作の後に得られた第３の中間孔２６を示す。レーザビームは、引き続き、図３の矢印８２によって表す円形経路に沿って、完全な円を移動されるまで移動された。次いでレーザビームは、目印５０によって識別される位置に戻る。第３の中間孔２６は、レーザビームが移動する円形経路の直径と概ね等しい直径を有する。実際には、図２に示される真っ直ぐな経路８０の長さは、所望の直径を有する第３の中間孔２６を得るように調整される。
Referring to FIG. 4, this shows a third
しかし、このようにして得られた孔２６の壁および／または出口に付いたスラグ２８が、認められる。これは、トレパニング動作に固有のものである。スラグは、孔２６の直径の均一性を、この孔２６を通過する空気流を正確に知ることができなくなる点まで阻害する。ある種の利用分野では、孔を通過する空気流が正確に知られ、ある孔から他の孔へと再現可能であることが望ましい。この理由のために、直径が調節された最終孔を得るように、このスラグを無くすことが必要となる。これによって、１組の隣り合う孔の個々の実効断面が均一であり、全ての穿孔された孔が均一な通気性を有することが可能になる。
However, the
本発明による方法の第３の動作は、存在するスラグ２８を無くする作用を有する。これを図５に示す。
The third operation of the method according to the invention has the effect of eliminating the existing
この第３の動作中、第１のステップが実施され、その間にレーザビームが、その初期位置、即ち図１で目印５０によって識別される位置に戻る。この位置は、軸１６に中心合わせされる。
During this third operation, the first step is performed, during which the laser beam returns to its initial position, that is, the position identified by
第３の動作中、第２のステップが実施され、その間レーザビームの焦点が、孔の軸に沿って、即ち軸１６に沿って移動される。実施の好ましい方法では、焦点が、表面部分１０から僅かに離れてシフトされる。実施の他の方法によれば、焦点は、表面部分１０に僅かにより近づけられる。この焦点の動きは、表面部分１０でレーザビームの直径を僅かに修正する作用、より正確には直径を僅かに拡大する作用を有する。焦点が、軸１６に沿って移動された後は、レーザビームの位置は、図５の目印５０によって識別される。
During the third operation, the second step is performed, during which the focus of the laser beam is moved along the axis of the hole, ie along the
第３の動作中、第３のステップが実施され、その間、幾つかのレーザパルス、好ましくは１つから５つのパルスが起動される。この第３のステップは、第３の中間孔２６の内部に存在するスラグ２８を破壊し、壁が清浄な最終孔３０を得る作用を有する。図５で分かるように、最終孔３０の直径は、均一であり、調整されている。また孔の直径は、穿孔された構成部品の厚みに沿って一定である。
During the third operation, the third step is performed, during which several laser pulses, preferably 1 to 5 pulses, are activated. This third step has the function of destroying the
本方法の第３の動作を実施するために、レーザビームのエネルギーは、先行する第１および第２の動作中に使用されたエネルギーよりも大きい必要はないが、これは、実際の穿孔が既に行われており、第３の中間孔２６からスラグ２８を除去することができるエネルギーを有するだけで充分であることによる。
In order to implement the third operation of the method, the energy of the laser beam need not be greater than the energy used during the preceding first and second operations, since the actual drilling is already This is because it is sufficient to have the energy to remove the
孔３０が穿孔された構成部品の表面部分１０に対して垂直な孔軸１６を有する最終孔３０を作製する方法が、図１から図４を参照して以上に記載された。本方法は、表面部分１０に対して垂直ではなく、図６に示すようにこの表面部分１０に対して角度αに傾斜された孔軸１８を有する孔３０の作製にも適用可能である。本発明の方法を実施するために、レーザシステムは、レーザビームが、方向１６に沿って向けられるのではなく、表面部分１０に対して所望の傾斜を有する方向１８に沿って向けられるように設置される。所望の利用分野に応じて、角度αは、２０°から４０°の間であり、例えば３０°に概ね等しい。
The method of making the
図１から図６を参照して以上に記載された本方法は、利用可能なレーザビームの直径よりも大きな直径を有する孔を穿孔することが望まれるときに、得に有益である。例えば、本方法を実施することによって、０．７ｍｍの一次直径を有するレーザビームを使用して、０．８ｍｍまたは０．９ｍｍ、あるいは１．０ｍｍの直径を備えた最終孔を作製することが可能である。 The method described above with reference to FIGS. 1-6 is particularly beneficial when it is desired to drill holes having a diameter larger than the diameter of the available laser beam. For example, by performing this method, a laser beam having a primary diameter of 0.7 mm can be used to create a final hole with a diameter of 0.8 mm, 0.9 mm, or 1.0 mm. It is.
Ｍｕｎｉｃｈ Ｌａｓｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ社によって販売される、ＭＬＳ Ｐ１０００ブランドのＬＡＳＥＲ ＳＬＡＢ ＹＡＧ １０６４ｎｍ型の機器を用いた実施の例のパラメータは、以下の通りである。
レーザビームの直径：０．５ｍｍ
第１の動作：パーカッション
パルス継続時間：２ｍｓ
パルス周波数：１２Ｈｚ
パルスパワー：１７Ｊ
パルス数：５
第２の動作：
直線的変位：０．８ｍｍ
パルス継続時間：１．５ｍｓ
パルス周波数：１４．８Ｈｚ
パルスパワー：１４Ｊ
切断速度：１５ｍｍ／分
第３の動作：
焦点シフト：３ｍｍ
パルス継続時間：２ｍｓ
パルス周波数：１２Ｈｚ
パルスパワー：１７Ｊ
パルス数：５
The parameters of an example implementation using an MLS P1000 brand LASER SLAB YAG 1064 nm type instrument sold by Munich Laser System are as follows.
Laser beam diameter: 0.5 mm
First operation: percussion pulse duration: 2 ms
Pulse frequency: 12Hz
Pulse power: 17J
Number of pulses: 5
Second operation:
Linear displacement: 0.8mm
Pulse duration: 1.5ms
Pulse frequency: 14.8Hz
Pulse power: 14J
Cutting speed: 15 mm / min Third action:
Focus shift: 3mm
Pulse duration: 2ms
Pulse frequency: 12Hz
Pulse power: 17J
Number of pulses: 5
１０ ＣＭＣ構成部品の表面部分
１２、１４、１６、１８ 軸
２０ 初期孔
２２ 第１の中間孔
２４ 第２の中間孔
２６ 第３の中間孔
２８ スラグ
３０ 最終孔
８０ 真っ直ぐな経路
DESCRIPTION OF
Claims (10)
初期直径および孔軸を有する初期孔が、穿孔する構成部品の壁厚内にレーザビームを集束させることによって穿孔される、第１のパーカッション動作と、
初期孔と同軸でありかつ初期孔の直径よりも大きな直径を有する中間孔が、レーザビームをシフトし、次いでレーザビームを孔軸のまわりで回転させることによって穿孔される、第２のトレパニング動作とを備えており、
前記方法は、第２のトレパリング動作の後に、第３の動作を備えており、該第３の動作中、初期孔軸に中心合わせされたレーザビームの焦点が、前記中間孔よりも小さい直径から、第２のトレパリング動作の後に中間孔の内部に存在するスラグに達する直径まで、該中間孔内でレーザビームを拡大するように、孔軸に沿って移動され、次いで、パルスが、該パルスで前記スラグを破壊して最終孔を得るように、起動されることを特徴とする、前記方法。 A method of drilling holes in a component made of a ceramic matrix composite with a laser beam,
A first percussion operation in which an initial hole having an initial diameter and a hole axis is drilled by focusing the laser beam within the wall thickness of the component to be drilled;
A second trepanning operation in which an intermediate hole coaxial with the initial hole and having a diameter larger than the diameter of the initial hole is drilled by shifting the laser beam and then rotating the laser beam about the hole axis; With
The method comprises a third action after a second treppling action, during which the focal point of the laser beam centered on the initial hole axis is from a smaller diameter than the intermediate hole. Is moved along the hole axis to expand the laser beam in the intermediate hole to a diameter that reaches the slag present inside the intermediate hole after the second treppling operation , and then the pulse is so as to obtain a final hole to break the slag, characterized in that it is started, the process.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0655240 | 2006-11-30 | ||
| FR0655240A FR2909297B1 (en) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | METHOD FOR LASER DRILLING OF A PIECE OF COMPOSITE MATERIAL WITH CERAMIC MATRIX, HOLE OBTAINED BY THIS PROCESS, PIECE OF COMPOSITE MATERIAL WITH CERAMIC MATRIX COMPRISING IT, TURBOREACTOR COMPRISING SUCH A PIECE |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008155283A JP2008155283A (en) | 2008-07-10 |
| JP5303141B2 true JP5303141B2 (en) | 2013-10-02 |
Family
ID=38137467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007305424A Expired - Fee Related JP5303141B2 (en) | 2006-11-30 | 2007-11-27 | Method of laser drilling a component made of a ceramic matrix composite, a hole obtained by the method, a component made of a ceramic matrix composite containing the hole, and a turbojet comprising such a component |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7837925B2 (en) |
| EP (1) | EP1927426B1 (en) |
| JP (1) | JP5303141B2 (en) |
| CA (1) | CA2612744C (en) |
| DE (1) | DE602007006134D1 (en) |
| FR (1) | FR2909297B1 (en) |
| RU (1) | RU2432241C2 (en) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1391409B1 (en) * | 2008-10-15 | 2011-12-23 | Quadrana | PROCESS AND EQUIPMENT FOR ORBITANT LASER-DRILLING. |
| EP2292372B1 (en) | 2009-08-17 | 2012-10-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for making a hole using different laser positions |
| EP2384845A1 (en) * | 2010-05-04 | 2011-11-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Laser drills without burr formation |
| FR2960242B1 (en) | 2010-05-18 | 2015-05-01 | C R M A | PROCESS FOR MANUFACTURING MULTI-LAYER COMPONENTS HAVING INCLINED HOLES AND RESISTANT TO HIGH THERMAL CONSTRAINTS AND USE OF THE PROCESS FOR REPAIRING WORKPIECES |
| JP5627434B2 (en) * | 2010-12-10 | 2014-11-19 | 三菱重工業株式会社 | Hole position identification device for coating member |
| FR2970666B1 (en) * | 2011-01-24 | 2013-01-18 | Snecma | PROCESS FOR PERFORATING AT LEAST ONE WALL OF A COMBUSTION CHAMBER |
| US8631557B2 (en) | 2011-07-19 | 2014-01-21 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Laser drilling methods of shallow-angled holes |
| US8624151B2 (en) | 2011-07-19 | 2014-01-07 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Laser drilling methods of shallow-angled holes |
| US9434025B2 (en) | 2011-07-19 | 2016-09-06 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Laser drilling methods of shallow-angled holes |
| CN103706953A (en) * | 2012-10-09 | 2014-04-09 | 天津中杰科技发展有限公司 | Ceramic laser precise drilling method |
| US9662743B2 (en) * | 2014-01-27 | 2017-05-30 | General Electric Company | Method for drilling a hole in an airfoil |
| US9797263B2 (en) | 2015-05-26 | 2017-10-24 | Rolls-Royce Corporation | Monolithic ceramic rods to enable cooling holes in CMC |
| JP6432467B2 (en) * | 2015-08-26 | 2018-12-05 | トヨタ自動車株式会社 | Laser welding method |
| US10376985B2 (en) | 2015-12-18 | 2019-08-13 | General Electric Company | System and method for shaping a ceramic matrix composite (CMC) sheet |
| CN108971775B (en) * | 2017-06-02 | 2021-05-18 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | Laser drilling method and device for metal |
| CN107695544A (en) * | 2017-10-24 | 2018-02-16 | 袁卉 | Laser boring method and device |
| JP7431493B1 (en) | 2022-10-13 | 2024-02-15 | 株式会社新来島サノヤス造船 | A method for drilling and cutting an elliptical hole (slanted through hole) and a method for drilling and cutting the same using an NC cutting machine |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3211525B2 (en) * | 1993-04-22 | 2001-09-25 | オムロン株式会社 | Thin material mesh, its manufacturing method and its manufacturing apparatus |
| US5593606A (en) * | 1994-07-18 | 1997-01-14 | Electro Scientific Industries, Inc. | Ultraviolet laser system and method for forming vias in multi-layered targets |
| GB9617093D0 (en) * | 1996-08-14 | 1996-09-25 | Rolls Royce Plc | A method of drilling a hole in a workpiece |
| US5837964A (en) * | 1998-01-16 | 1998-11-17 | Chromalloy Gas Turbine Corporation | Laser drilling holes in components by combined percussion and trepan drilling |
| US6441341B1 (en) * | 2000-06-16 | 2002-08-27 | General Electric Company | Method of forming cooling holes in a ceramic matrix composite turbine components |
| US6627019B2 (en) * | 2000-12-18 | 2003-09-30 | David C. Jarmon | Process for making ceramic matrix composite parts with cooling channels |
| US6420677B1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-07-16 | Chromalloy Gas Turbine Corporation | Laser machining cooling holes in gas turbine components |
| US6864459B2 (en) * | 2001-02-08 | 2005-03-08 | The Regents Of The University Of California | High precision, rapid laser hole drilling |
| ATE323569T1 (en) * | 2001-03-22 | 2006-05-15 | Xsil Technology Ltd | A LASER PROCESSING SYSTEM AND METHOD |
| JP2002299793A (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Method of laser-machining ceramics green sheet, and method of manufacturing ceramics multilayered device |
| US7357486B2 (en) * | 2001-12-20 | 2008-04-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method of laser machining a fluid slot |
| FR2864829A1 (en) * | 2003-12-22 | 2005-07-08 | Gen Electric | Articles of ceramic matrix composite materials with improved lamellar strength for use as components for gas turbines subjected to elevated temperatures |
-
2006
- 2006-11-30 FR FR0655240A patent/FR2909297B1/en active Active
-
2007
- 2007-11-26 DE DE602007006134T patent/DE602007006134D1/en active Active
- 2007-11-26 EP EP07121549A patent/EP1927426B1/en active Active
- 2007-11-27 JP JP2007305424A patent/JP5303141B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-11-27 US US11/945,567 patent/US7837925B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-11-28 CA CA2612744A patent/CA2612744C/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-11-29 RU RU2007144482/02A patent/RU2432241C2/en active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2612744C (en) | 2014-09-16 |
| FR2909297A1 (en) | 2008-06-06 |
| EP1927426B1 (en) | 2010-04-28 |
| EP1927426A1 (en) | 2008-06-04 |
| FR2909297B1 (en) | 2010-03-05 |
| CA2612744A1 (en) | 2008-05-30 |
| US7837925B2 (en) | 2010-11-23 |
| US20080128952A1 (en) | 2008-06-05 |
| DE602007006134D1 (en) | 2010-06-10 |
| JP2008155283A (en) | 2008-07-10 |
| RU2432241C2 (en) | 2011-10-27 |
| RU2007144482A (en) | 2009-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5303141B2 (en) | Method of laser drilling a component made of a ceramic matrix composite, a hole obtained by the method, a component made of a ceramic matrix composite containing the hole, and a turbojet comprising such a component | |
| JP3825748B2 (en) | Method of drilling a hole in a metal workpiece having a thermal barrier coating | |
| EP1430987B1 (en) | Laser-induced plasma micromachining | |
| JP2020505303A (en) | Method for additionally producing fiber-reinforced ceramic matrix composite | |
| Tseng et al. | Fabrication of high-aspect-ratio microstructures using excimer laser | |
| JP2009523616A (en) | Method for manufacturing holes | |
| JP2007120048A (en) | Rock excavating method | |
| TW201034781A (en) | Minimizing thermal effect during material removal using a laser | |
| JP2008055478A (en) | Method for finishing process | |
| Kwon et al. | High aspect ratio channel fabrication with near-infrared laser-induced backside wet etching | |
| JP6804224B2 (en) | Laser machining equipment and laser machining method | |
| Foehl et al. | Precision drilling of metals and ceramics with short-and ultrashort-pulsed solid state lasers | |
| CA2211965A1 (en) | A method of drilling a hole in a workpiece | |
| US20170028510A1 (en) | Methods of forming holes and etching surfaces in substrates and substrates formed thereby | |
| Tamrin et al. | Laser drilling of composite material: A review | |
| KR20170037668A (en) | Method for building a gas turbine engine component | |
| Jerby et al. | Microwave drilling of ceramic thermal‐barrier coatings | |
| He et al. | Recast-free helical drilling of fused silica using SHG picosecond laser pulses | |
| Zeng et al. | Two-dimensional model for melting and vaporization during optical trepanning | |
| JP2017217677A (en) | Laser processing method and laser processing device | |
| Deepu et al. | Investigations into morphology and surface integrity of micro-hole during femtosecond laser drilling of titanium alloy | |
| WO2003106089A1 (en) | Method of producing a composite component | |
| JP7504135B2 (en) | Method and apparatus for drilling a component | |
| Steen et al. | Laser cutting, drilling and piercing | |
| JP6212051B2 (en) | High power fiber laser outflow hole drilling apparatus and method of using high power fiber laser outflow hole drilling apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100705 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120706 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120710 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20121001 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20121004 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20121203 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121227 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20130321 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130604 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130624 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5303141 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |